对我国超导技术发展的认识和建议

对我国超导技术发展的认识和建议
作者：王醒东袁卿瑞项飞
来源：《新材料产业》 2012年第6期
文/王醒东袁卿瑞项飞富通集团有限公司
超导现象是指材料被冷却到一定程度时电阻为零的现象。

由于没有电阻，电子可以无阻碍的自由穿行，而不产生任何热量，因此，超导技术有望应用于高耗能行业，尤其在电力领域，成为降低损耗的主要手段之一。

目前煤炭、金属等资源日趋紧张，用电量又持续增长，且在输电过程中又有大量的电能浪费在电阻损耗上。

可以说，超导技术是最有可能缓解甚至解决高耗能问题的途径之一。

超导技术的相关产品主要包括超导电机、超导限流器、超导电缆、超导变压器和超导储能系统等。

在国家“863”专项计划及产业政策的扶持下，我国在超导带材制备、超导强电应用、超导弱电应用方面积累了大量的经验，并取得了一定成果，部分领域还建立了相关示范线。

我国超导技术发展历程中，具有里程碑式意义的事件有：① 2001年12月1日，我国首条铋（Bi）系高温超导带材生产线在北京英纳超导技术有限公司正式投产，标志着我国在一代B i系高温超导带材产业化方面已达到国际领先水平；② 2004年4月19日，由北京英纳超导技术有限公司和云南电力集团主导的33.5m、2k A /35k V三相交流电缆在昆明普吉变电站挂网运行，这是我国第1组并网运行的超导电缆，也是世界第3组超导电缆；③ 2004年12月，75m、10.5k V /1.5k A三相交流超导电缆在甘肃省白银市完成了安装、调试和并网运行，此高温电缆项目由中国科学院电工研究所牵头，甘肃长通电缆科技股份有限公司参与超导电缆的制作；④ 2008年1月7日，由北京英纳超导技术有限公司参与研制的35kV/90MVA超导限流器样机（饱和铁心型）在云南普吉变电站进行了挂网试运行；⑤ 2011年2月，国内首个超导变电站在甘肃白银建成，在同年4月正式投入运行，该变电站包含了高温超导电缆、高温超导储能系统、高温超导变压器和高温超导限流器，代表了我国超导技术的最先进水平，创造了多项第1 ；⑥ 2012年1月7日，国家电网天津电力公司首台高温超导限流器（220k V /800A）在天津石各庄调试完毕并运行，北京英纳超导技术有限公司和天津市百利电气有限公司共同参与了该项目。

一、对当前我国超导技术发展的认识
1.整体技术水平与国际相比仍有很大差距
我国已经实现了Bi系高温超导带材的的产业化，也建立了多条超导示范线，为我国超导产业的发展奠定了基础。

但从整体技术水平看，与国际差距仍然很大，尤其是在长距离二代超导带材的制备、超导电流引线、超导电动机、低温制冷技术和终端接头技术等方面。

2.原始创新成果较少
我国在超导领域缺少原始创新，科研上一直跟随他人的脚步。

要想缩小这种差距，就必须在成果上有创新突破。

1989-2005年期间，我国在超导研究领域发表的S C I论文约4000篇，拥有专利约800项，而当时，美国超导方面发表的S C I论文已达20 000篇，日本则有16 000篇；相关专利美国约10 099项，日本为11 337项。

尽管近几年我国超导领域取得了快速发展，论文和专利数量也有了较大增长，但在原创性及基础研究领域和产业化方面与发达国家相比仍有很大差距。

3.超导产业发展面临新的机遇和挑战
2012年2月22日，《新材料产业“十二五”发展规划》出台，明确提出超导材料作为新
材料产业重点发展的方向之一，超导材料迎来了新的发展契机。

强电领域是超导技术应用的一个重要方向，随着“智能电网”建设正式写入“十二五”规划，对现代电网运行的稳定性、安全性、经济性和电能质量有了新的要求，超导技术成为可能
解决以上问题的方案之一。

另一方面，电网的复杂性，也为超导技术应用提出了新的挑战。

二、对我国超导技术发展的建议
1.继续加大政府扶持力度
政府的推动作用是无可替代的，尤其是在超导产业处于规模化前夕这一关键时期。

从发达
国家发展经验可以看出，政府在其中都起到了重要的引导和扶持作用，尤其是资金上的扶持极
为重要：日本新能源和工业技术发展组织，1999-2008年期间累计投入626亿日元，开展高温
超导电缆、变压器、飞轮储能、发电机、故障限流器等方面的研发工作，其中材料与设备的开
发几乎占了总投入的一半；韩国政府耗资1.44亿美元发展高温超导技术，以改造和发展韩国的电力系统。

我国在“十二五”期间，政府在加大政策扶持力度的同时，应增加经费的投入比例，争取在已有工作的基础上，把握机遇，以期在国际竞争中缩小差距。

2.以国家政策为先导，调动地方政府积极性
超导产业的发展，除了需要国家政策的扶持外，调动地方政府的积极性也是非常重要的，
因为地方政府在资源协调方面有着独特优势。

以国家政策为方向，明确发展重点，有助于超导
产业的加速发展。

如我国第一条超导电缆及首座超导变电站，都是在地方政府的支持下才顺利
实现了试运行。

以上海为例，在上海市政府的支持下，由上海电缆研究所牵头，联合上海市电
力公司、上海交通大学、上海大学、上海电缆厂有限公司、上海三原电缆附件有限公司，成立
了上海高温超导电缆产业化及工程应用产业技术创新战略联盟，明确以工程化、产业化为目标，重点发展超导电缆等相关超导电力应用技术和第2代高温超导带材。

以联盟为支撑，上海交通
大学李贻杰教授成功研发了百米级2代高温超导带材，填补了国内空白。

3.继续加大产学研合作力度，鼓励企业进入超导产业
超导产业是一个高技术、高风险、高投入、前景好但回收周期长的高新技术产业。

过去，
研发主体（或参与者）主要是中国科学院、清华大学等有实力的科研院所和高校，经费来源单一，基本是来自于政府拨款，资金有限。

研究方向也主要侧重于基础研究，即使取得了成果，
也难以进行中试乃至产业化。

另一方面，企业产品虽接近市场，资金实力强，但研发实力薄弱。

若将产学研三者联合，各自发挥优势，使得研发与市场紧密结合，优势互补，必有助于推进超
导技术的研发和产业化进程。

此外，企业进入超导产业有其独特的优势，一方面可以参与超导项目的研发，另一方面又
可为项目的产业化提供后备保证。

现代企业已经深深意识到超导产业的巨大商业价值和开发前景，国内企业已经开始蛰伏超导产业，提前布局，抢占市场先机，如青岛汉缆股份有限公司、
江苏永鼎股份有限公司、中天科技集团和天津市百利电气有限公司等。

三、“十二五”期间我国超导产业的发展重点
1.发展2代超导带材的制备技术，并尽快实现产业化
我国在2代超导带材技术水平上与国际差距比较明显。

目前我国能实现的2代超导带材的
制备长度约为百米级，且还处于中试阶段。

而美国和日本的部分公司已实现了2代超导带材的
量产，例如，2008年，日本藤仓公司即开发出了具有实用意义的长500m、载流能力约350A的
2代超导带材，2010年，2代超导带材制备长度提高至820m、载流能力高达570A；美国超导公
司（A M S C）也实现了2代超导带材的量产，从2012年开始，将陆续向韩国L S电缆公司供
应总长约300万m的2代超导带材。

发展2代超导带材制备技术，并在工艺和成本上实现突破，是“十二五”期间发展我国超导产业的重中之重。

2.继续探索新型的高温超导材料
超导材料是超导技术得以发展和应用的基础，因此，寻找临界温度高、结构简单、容易合
成的高温超导材料是超导研究的一个重要方面。

此外，新型超导材料往往蕴含着重大的科学问
题和重要发现，从超导材料的基础研究中去解决应用中的关键问题，有助于推动超导材料及其
相关技术尽快迈向产业化。

目前，科学界的焦点主要集中在二硼化镁和铁基超导材料上。

3.发展可靠、经济、安全的超导电力系统
超导技术及产品能否迅速走向实用化和产业化，除了本身的技术和成本外，最关键的因素
还是社会需求。

我国电网容量持续增加、规模不断扩大、电力需求日益增长，且用电负荷分布
不均，这些都为超导技术进入强电领域提供了广阔的空间。

超导技术应用于电力领域有助于改
善电网结构、提高供电品质、降低输电损耗，推动我国电力工业的发展，使得超大规模电网的
建设成为可能。

四、结语
超导技术在交通、能源、电力等领域有着广泛的应用前景和巨大的市场价值。

美国科学家
认为，超导技术就像半导体一样会引起社会工业的巨大变革。

但从目前来说，超导技术并不具
备规模化的条件，还有很长的路要走。

据估计，超导技术实现产业化，至少还需要5 ～10年的时间。

在这期间，如何把握机遇、推进超导技术的发展和产业化、参与国际竞争，是政府、企
业和无数科研工作者需要思考的战略性课题。